Strömungskontrolle an Rotorblättern



Ausblasung zur Strömungskontrolle an einem Rotorblattprofil

LEVoGs an der Vorderkante eines Windkanalmodells

Die Rotorblätter eines Hubschraubers erfahren innerhalb seines Flugbereichs stark veränderliche Anströmbedingungen, die auf jedem Rotorblatt zu großen lokalen Variationen von Anströmmachzahl, Reynoldszahl, Anstellwinkel und Schiebewinkel führen. An einem Rotorblattprofilschnitt treten daher die unterschiedlichsten Strömungszustände auf, die aufgrund ihrer Vielzahl und Komplexität nicht vollständig im Blattentwurf berücksichtigt werden können. Moderne Rotorblattprofile werden aus diesem Grund auch außerhalb ihres optimalen Betriebsbereichs eingesetzt, was in der Regel mit einer Verminderung des aerodynamischen Leistungsvermögens einhergeht. Die Kontrolle der Umströmung von Rotorblättern oder Rotorblattprofilen setzt sich zum Ziel, das aerodynamische Leistungsvermögen zu verbessern und unter Umständen auch den Flugbereich des Hubschraubers zu erweitern.

In der Abteilung werden aktive und passive Methoden zur Strömungskontrolle an Rotorblattprofilen numerisch und experimentell untersucht. Hierbei wird unterschieden zwischen Maßnahmen zur Widerstandsreduktion am vorlaufenden Rotorblatt und Maßnahmen zur Abschwächung von Dynamic Stall am rücklaufenden Blatt. Für das vorlaufende Rotorblatt werden Maßnahmen der Wölbungskontrolle z. B. durch Miniature Trailing-Edge Devices (MiniTEDs) oder Hinterkantenklappen zur Widerstandsreduktion erforscht. Für das rücklaufende Rotorblatt findet im Rahmen des DLR/ONERA-Projektes SIMCOS die Untersuchung von Maßnahmen zur Ablösekontrolle mittels Luftausblasung oder sog. „Leading-Edge Vortex Generators“ (LEVoGs) statt. Mit beiden Methoden wird die Verminderung der während des Dynamic Stall auftretenden dynamischen Nickmomentenspitzenlasten angestrebt und sowohl mit DLR-TAU Simulationen als auch mit Windkanalexperimenten erforscht. Die Luftausblasung stellt dabei eine aktive Kontrollmaßnahme dar, mit der durch konstante oder gepulste Ausblasung mit Frequenzen von bis zu 500Hz aus Bohrungen auf der Blattoberseite die Umströmung positiv beeinflusst wird. Als aktive Maßnahme kann diese auch abgeschaltet werden, wenn keine Beeinflussung erforderlich ist. LEVoGs charakterisieren eine passive Kontrollmaßnahme in Form kleiner scheibenförmiger Elemente an der Vorderkante des Rotorblatts durch die bei hohen Blattanstellwinkeln eine positive Beeinflussung des dynamischen Ablöseverhaltens nachgewiesen werden konnte. Zur Untersuchung und Optimierung der Wirkungsweise dieser Art von Wirbelgeneratoren werden neben Standardmesstechniken wie instationäre Druck- und Kraftmessungen auch neuartige optische Messverfahren wie z.B. tomographisches Particle Image Velocimetry eingesetzt.

Literatur

  • A.D. Gardner, K. Richter, H. Rosemann, "Numerical Investigation of Air Jets for Dynamic Stall Control on the OA209 Airfoil", ERF2010, Paris 7-9 September 2010
  • Heine, B., Mulleners, K., Gardner, A., Mai, H., On the effects of leading edge vortex generators on an OA209 airfoil, ODAS2009, 2009
     

Kontakt
Dr. Anthony Gardner
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik
, Hubschrauber
Tel: +49 551 709-2267

Fax: +49 551 709-2800

E-Mail: Tony.Gardner@dlr.de
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